Laser

Add caption

Sejarah LASER

Pada tahun 1917 Albert Einstein mengembangkan teori tentang laser (pada teori kuantum) berdasarkan turunan dari teori max planc tentang radiasi. Konsep awal berasal dari kemungkinan adanya koeffisien absorbsi, Emisi Spontan danemisi yang di stimulasi (di picu) pada radiasi elektromagnetik. kemudian Rudolf W. Ladenburg (1928) mengumumkan bahwa fenomena ini memang benar ada.fenomena ini dan juga absorbsi negativ.kemudian pada tahun 1939 Valentin A. Fabrikant memperkirakan bahwa kemungkinan emisi “short” wave dapat dikuatkan (bukan gelombang pendek tapi cenderung ke emisi spontan yang waktunya sangat pendek mungkin dalam orde nanosekon). 1947, Willis E.Lamb and R. C. Rutherford menemukan spektrum emisi dari atom hidrogen dan dapat di demonstrasikan ke khalayak.


Pada 1950, Alfred Kastler mengusulkan untuk dilakukan penelitian tentang “optical Pumping” atau memompa elektron ke daerah yang memiliki energi lagi lebih tinggi sehingga saat relaksasi elektron akan di keluarkan foton dan hasil eksperimennya di laporkan 2 tahun kemudian oleh Brossel, Kastler, and Winter.16 May 1960, Theodore Maiman Laser pertama berhasil di fungsikan the Hughes Research Laboratories. Kemudian laser yang sekarang sudah kita rasakan banyak manfaatnya yaitu untuk pemutar CD, DVD dsb.


2.2 Pengertian LASER


Laser adalah sebuah perangkat yang mengeluarkan cahaya melalui satu proses disebut emisi terangsang. Laser adalah kepanjangan dari LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - Pembesaran Cahaya oleh Pancaran Radiasi yang Terangsang). Laser merupakan perangkat yang menggunakan efek mekanik kuantum, diinduksi atau merangsang emisi, untuk menghasilkan sinar cahaya koheren.


Cahaya laser adalah gelombang elektromagnetik nampak yang berada di dalam kisaran tertentu. Laser merupakan sumber optik yang memancarkan foton dalam sinar koheren. Cahaya laser biasanya monokromatik, misalnya, memiliki panjang gelombang tunggal atau warna, dan dipancarkan dalam pancaran halus. Ini berbeda dengan sumber cahaya biasa, seperti mentol, yang memancarkan photon yang dapat dilihat semua arah, biasanya mencangkupi panjang gelombang spektrum elektromagnetik yang luas. Laser dapat dipahami melalui penggunaan teori mekanika kuantum dan termodinamika.


Kata LASER adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, yang artinya perbesaran intensitas cahaya oleh pancaran terangsang. Kata kuncinya adalah “perbesaran” dan “pancaran terangsang” yang akan menjadi jelas kemudian. Laser merupakan sumber cahaya koheren yang monokromatik dan amat lurus. Cara kerjanya mencakup optika dan elektronika. Para ilmuwan biasa menggolongkannya dalam bidang elektronika kuantum. Sebetulnya laser merupakan perkembangan dari MASER, huruf M disini singkatan dari Microwave, artinya gelombang mikro. Cara kerja maser dan laser adalah sama, hanya saja mereka bekerja pada panjang gelombang yang berbeda. Laser bekerja pada spektrum infra merah sampai ultra ungu, sedangkan maser memancarkan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang jauh lebih panjang, sekitar 5 cm, lebih pendek sedikit dibandingkan dengan sinyal TV - UHF. Laser yang memancarkan sinar tampak disebut laser - optik.


2.3 Sifat-sifat Berkas Laser


Laser adalah gelombang-gelombang cahaya yang koheren yang memiliki 4 sifat, yaitu :


1. Cahaya koheren, dengan semua cahaya sefase dengan yang lainnya. Pola inteferensi dapat diproleh tidak hanya dengan meletakkan dua celah pada berkas laser, tetapi juga dengan memakai dua berkas laser yang terpisah.


2. Cahayanya hampir ekawarna (Monokromatik).


3. Berkas laser memiliki intensitas sangat tinggi, jauh lebih besar dari cahaya sumber lainnya. Untuk bisa menimbulkan kerapatan energi sama dengan kerapatan energi pada berkas laser, benda yang panas harus bertemperatur 1030 K.


4. Berkas laser hampir tidak menyebar (mempunyai satu arah tertentu). Berkas semacam ini dikirim dari bumi menuju ke cermin pada bulan oleh ekspedisi Apollo 11, tetap merupakan berkas yang cukup tajam, sehingga terdeteksi ketika kembali ke bumi, walawpun telah menempuh jarak total lebih dari tiga per empat juga kilometer. Berkas cahaya yang ditimbulkan dengan cara lain akan menyebar terlau banyak.


2.4 Cara Kerja LASER


Prinsip kerja laser berakar dari penyataan Albert Einstein pada tahun 1917 yang menyatakanpancaran imbas padaperistiwa radiasi dapat menjelaskan kesetimbangan termal suatu gas yangsedang menyerap dan memancarkan radiasi. Menurut dia ada 3 proses yang terlibat dalam kesetimbangan itu, yaitu : serapan,emisi spontan (disebut fluoresensi)dan emisi terstimulasi(atau lasing dalam bahasa Inggrisnya, yang artinya memancarkan laser). Prosesyang terakhir biasanya diabaikan terhadap yang lain karena pada keadaan normal, serapandan pancaran spontan sangat dominan (Pikatan, 1991).


Sebuah atom pada keadaan dasar dieksitasi ke keadaan tingkat energi yang lebih tinggi dengan cara menumbuknya dengan elektron atau foton. Setelah beberapa saat berada di tingkat tereksitasi,ia secara acak akan segera kembali ke tingkat energi yang lebih rendah, tidak harus ke keadaan dasar semula. Proses acak ini dikenalsebagai fluoresensi terjadi dalam selang waktu rerata yang disebut umur rerata, lamanya tergantung pada keadaan dan jenis atom tersebut (Carol, 1970).

Atom-atom di E2 dapat saja melompat ke E1 secara spontan dengan kebolehjadian transisinya A21 per satuan waktu. Apabila terdapat radiasi dengan frekuensi ndan rapat energi e (n), terjadilah transisi akibat serapan dari E1 ke E2, dengan kebolehjadian sebut saja B12.e (n) karena terlihat jelas kebolehjadian ini sebanding pula dengan rapat energi fotonnya. Pancaran spontan ini dapat pula merangsang transisi dari E2 ke E1 akibat interaksinya dengan atom-atom yang berada dalam keadaan tereksitasi E2, kebolehjadiannya B21.e (n).Yang mana semua transisi yang terjadi di sini berbanding lurus dengan populasi atom di tingkat energi asalnya masing-masing.


Perubahan N2 secara lengkap :


dN2/dt = B12.e ( n). N1 - [A21 + B21.e ( n) ]. N2 ………….. (2)


Perubahan populasi ini disebabkan oleh pertambahan akibat serapan dan pengurangan akibat pancaran. Setelah tercapai kesetimbangan antara atom-atom itu dengan radiasinya, pengaruh serapan dan pancaran akan saling meniadakan dN2/dt = 0.


B12.e ( n) . N1 = [A21 + B21.e ( n)] . N2 ……………… (3)


Setelah digabungkan dengan persamaan (1), substitusi E2 - E1 = h. n(energi foton yang dilepaskan pada saat dieksitasi) dan manipulasi aljabar biasa didapatlah persamaan :…………(4)


Jika persamaan (4) ini dibandingkan dengan distribusi statistik Bose Einstein, tampak bahwa foton adalah boson, dan persamaan radiasi Planck dengan harga-harga :


A21/B12 = 8 ph. n3 / c3……… (5) dan B21/B12 = 1 …….. (6)


Persamaan (6) menunjukkan bahwa kebolehjadian atom-atom tersebut melakukan transisi serapan adalah sama dengan kebolehjadiannya melakukan transisi akibat lasing. Tetapi pada keadaan normal pengaruh serapanlah yang lebih terasa karena populasi atom lebih besar di tingkat energi yang lebih rendah. Dari penjelasan ini, tampaknya ketiga proses : serapan, emisi spontan dan terstimulasi, terjadi melalui suatu persaingan. Laser yang dihasilkan oleh emisi terstimulasi dengan demikian hanya bisa terjadi jika emisi inidapat dibuat mengungguli dua proses yang lain.

Nisbah laju emisi terstimulasiterhadap serapan dapat dihitung sebagai berikut.

Dari persamaan ini terbukti tidaklah mungkinkeadaan terstimulasi dapat mengungguli serapan pada kesetimbangan termal, karena N1 yang selalu lebih besar daripada N2.Laser bisa dibuat hanya jika N2 > N1 yang tentu saja tidak alamiah, keadaan terbalik seperti ini disebut inversi populasi. Inversi populasi ini harus dipertahankan selama laser bekerja, dan cara-caranya akan dijelaskan di bagian berikut.


Cara-cara untuk mencapai keadaan inversi populasi ini antara lain adalah dengan pemicuoptik(optical pumping) dan pemicu elektris (electrical pumping). Yang dimaksud pemicuoptik adalah penembakan foton, sedangkan pemicu elektris adalah penembakan elektron melalui lucutan listrik.Untuk menuju keadaan inversi populasi,pemicu ini harus melakukan pemindahan atom ke tingkat eksitasi dengan laju yang lebih cepat dibandingkan dengan laju pancaran spontannya.Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan medium laser yang atom-atomnya memiliki tingkat energi yang metastabil. Sebuah metastabil memerlukan waktu yang relatif lebih lama sebelum terdeeksitasi dibandingkan dengan umurnya di tingkat eksitasinya yang lain.


Demikian pada saat proses pumping terus berlangsung, terjadilah “kemacetan” lalu lintas atom di tingkat metastabil ini, sehingga populasinya akan lebih padat dibandingkan dengan populasi tingkat energi di bawahnya.Pada keadaan ini, populasi tingkat energi dasar sudah terlampaui.


Bila suatu saat secara spontan dipancarkan satu foton saja yang berenergi sama dengan selisih energi antara tingkat metastabil dengan tingkat dasar, ia akan memicu dan mengajak atom-atom lain di tingkat metastabil untuk kembali ke tingkat dasar. Akibatnya atom-atom itu melepaskan foton-foton yang energi dan fasenya persis sama dengan foton yang mengajaknya tadi, terjadilah laser. Proses demikian inilah yang terjadi pada banyak jenis laser seperti pada laser ruby dan laser-laser gas.
(M. Yudi Suhendar. http://dc250.4shared.com/doc/BpiDZ_S2/preview.html)


2.5 Jenis-jenis LASER
Jenis Laser Berdasarkan Media Pemancarnya


Berdasarkam media pemancarnya, laser dapat dibagi menjadi 3 bagian besar, yaitu solid state laser, liquid laser, gas laser. Masih ada 1 jenis laser lagi yang dihasilkan dari media yang secara kasat mata tidak termasuk ketiga jenis di atas. Laser jenis ini biasa dikenal dengan sebutan the other lasers (Weber, 2001).


Laser zat padat, terdiri dari beberapa jenis, yaitu :
Crystaline paramagnetic ion laser, meliputi laser dengan bahan berasal dari unsur golongan IVB – VIIIB, dan beberapa unsur dari golongan lantanida dan aktinida.
Glass laser, meliputi laser dengan bahan dasar glass (kaca) oksida (borate, fosfat, silica, silicat), halide (flouroberrylate, fluorozirconate), oksihalida (fluoroaluminate, fluorophosphate), kalkogenida (sulfida).
Solid state dye laser, yaitu laser dengan sebagin bahan dasarnya berupa molekul organik.
Color center laser, terbuat dari alkali halida dan kristal oksida.
Semiconductor laser
Polymer laser, terbuat dari campuran material organik aktif dan bahan forms (fiber dan film)
Solid state excimer laser, dibuat dengan teknik isolasi matriks zat penyusunnya (misalnya fluoride dan xenon yang di-fotodisosiasi oleh F2 sehingga terbentuk kristal Xe-F2-Ar.
Raman, brillouin, and soliton laser
Laser cair, terdiri dari jenis :
Liquid organic dye laser, dengan bahan dasar berupa bahan organik cair
Rare earth liquid laser, berasal dari bahan dasar jenis lantanida.
Liquid polymer laser
Liquid excimer laser
Laser gas, terdiri dari jenis :
Neutral atom gas lasers, menggunakan bahan dasar gas dengan keadaan atom netral yang dikondisikan dengan metode seperti : pancaran pulsa electron, eksitasi dalam rekombinasi plasma, pemicuan optic searah, atau pemicuan nuklir.
Ionized gas lasers¸ menggunakan bahan dasar gas yang terionisasi
Molecular gas lasers, menggunakan molekul-molekul gas, seperti gas halogen diatomic, metal halide, CO2, H2, dan masih ada beberapa unsur lain lagi.
Far infrared and millimeter wave gas lasers,
Commercial gas lasers, contoh : laser He-Ne, He-Cd, He-Ag+, He-Au+
Laser jenis lainnya, meliputi :
Extreme Ultraviolate dan Soft X-Ray Laser
Free Electron Laser
Nuclear Pumped Lasers
Natural Lasers
Inversionless Lasers


Selain itu, terdapat tiga jenis dasar laser yang paling umum digunakan. Jenis-jenis lainnya masih dalam taraf perkembangan. Ketiga jenis dasar itu adalah :


(1) Laser yang dipompa secara optis


Pada laser jenis inversi populasi diperoleh dengan cara pemompaan optis. Laser ruby yang diciptakan pada bulan Juli 1960 oleh Theodore H.Maiman di Hughes Research Laboratories adalah dari jenis ini. Laser ruby baik sekali diambil sebagai contoh untuk membicarakan cara kerja laser yang menggunakan pemompaan optis.


Ruby adalah batu permata buatan, terbuat dari Al2O3 dengan berbagai macam ketakmurnian. Ruby yang digunakan pada laser yang pertama berwarna merah jambu, memiliki kandungan 0,05 persen ion krom bervalensi tiga ( Cr + 3 ) dalam bentuk Cr2O3. Atom aluminium dan oksigen bersifat inert, sedangkan ion kromnya yang aktif. Kristal ruby berbentuk silinder, kira-kira berdiameter 6 mm dan panjangnya 4 sampai 5 cm. Gambar 3 memperlihatkan diagram tingkat energi yang dimiliki ion Cr dalam kristal ruby.

Laser ini dihasilkan melalui transisi atom dari tingkat metastabil ke tingkat energi dasar, radiasinya memiliki panjang gelombang 6920 A dan 6943 A . Yang paling terang dan jelas adalah yang 6943 A , berwarna merah tua.


Pemompaan optisnya dilakukan dengan menempatkan batang ruby di dalam tabung cahaya ini banyak dipakai sebagai perlengkapan kamera untuk menghasilkan kilatan cahaya. Foton-foton yang dihasilkan tabung ini akan bertumbukan dengan ion-ion Cr dalam ruby, mengakibatkan eksitasi besar-besaran ke pita tingkat energi tinggi. Dengan cepat ion-ion itu meluruh ke tingkat metastabil, di tingkat ini mereka berumur kira-kira 0,005 detik, suatu selang waktu yang relatif cukup panjang sebelum mereka kembali ke tingkat energi dasar. Tentu saja pemompaan terjadi dengan laju yang lebih cepat dibanding selang waktu tersebut sehingga terjadi inversi populasi. Setelah terjadi satu saja pancaran spontan ion Cr, maka beramai-ramailah ion-ion yang lain melakukan hal yang sama, dan mereka semua memancarkan foton dengan energi dan fase yang sama, yaitu laser.

Jika pada laser ini dibuatkan rongga resonansi optis maka cacah foton yang dipancarkan dapat dibuat banyak sekali. Rongga resonansinya adalah batang ruby itu sendiri. Batang tersebut harus dipotong dan digosok rata di kedua ujungnya. Kedua ujung juga harus betul-betul sejajar, yang satu dilapisi tebal dengan perak dan satunya lagi tipis- tipis saja. Akibatnya rapat energi foton makin lama makin besar dengan terjadinya pemantulan berulang-ulang yang dilakukan kedua ujung batang ruby, sampai suatu saat ujung yang berlapis tipis tidak mampu lagi memantulkan foton yang datang, sehingga tumpahlah foton-foton dari ujung tersebut sebagai sinar yang kuat, monokromatik dan koheren yang tidak lain adalah laser.


Pada saat pancaran terangsang berlangsung, tentu saja tingkat metastabil akan cepat sekali berkurang populasinya. Akibatnya keluaran laser terdiri dari pulsa-pulsa berintensitas tinggi yang selangnya masing-masing sekitar beberapa nanodetik sampai milidetik. Setelah letupan laser terjadi, proses inversi populasi dan perbesaran rapat energi foton dimulai dari awal lagi, demikianlah seterusnya sehingga terjadi retetan letupan- letupan berupa pulsa-pulsa. Keluaran yang kontinu dapat diperoleh yaitu jika sistem lasernya ditaruh dalam sebuah kriostat agar suhu operasi laser menjadi rendah sekali.


Efisiensi laser ruby ini sangat rendah, karena terlalu banyak energi yang harus dipakai untuk mencapai inversi populasinya. Sebagian besar cahaya dari tabung cahaya tidak memiliki panjang gelombang yang diharapkan untuk proses pemimpaan sehingga merupakan pemborosan energi. Walaupun demikian daya rerata dari tiap pulsa laser dapat mencapai beberapa kilowatt karena selang waktunya yang sangat pendek. Dengan daya sebesar ini laser dapat digunakan untuk melubangi, memotong maupun mengelas logam.


(2) Laser yang dipompa secara elektris


Sistem laser jenis ini dipompa dengan lucutan listrik di antara dua buah elektroda. Sistemnya terdiri dari satu atau lebih jenis gas.


Atom-atom gas itu mengalami tumbukan dengan elektron-elektron lucutan sehingga memperoleh tambahan energi untuk bereksitasi. Perkembangan terakhir dalam perlaseran medium gasnya dapat diganti dengan uap logam, tetapi hal ini akan mengarah pada perkembangan jenis laser yang lain. Jenis laser uap logam akan dibicarakan secara tersendiri.


Laser gas mampu memancarkan radiasi dengan panjang gelombang mulai dari spektrum ultra ungu sampai dengan infra merah. Laser nitrogen yang menggunakan gas N2 merupakan salah satu laser terpenting dari jenis ini, panjang gelombnag lasernya berada di daerah ultra ungu (3371 A ).


Sedangkan laser karbondioksida yang merupakan laser gas yang terkuat memancarkan laser pada daerah infra merah (10600 A ). Laser gas yang populer tentu saja laser helium-neon, banyak dipakai sebagai peralatan laboratorium dan pembaca harga di pasar sawalayan. Laser yang dihasilkan berada di spektrum tampak berwarna merah (6328 A). Laser helium-neon ini merupakan laser gas yang pertama, diciptakan oleh Ali Javan dkk. dari Bell Laboratories pada tahun 1961. Untuk penjelasan laser gas secara umum laser helium-neon ini dapat diambil sebagai contoh.


Dalam keadaan normal atom helium berada di tingkat energi dasarnya 1S0, karena


konfigurasi elektron terluarnya adalah 1 s2. Pada saat elektron lucutan menumbuknya atom helium itu mendapatkan energi untuk bereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi seperti 1S0 dan 3S1 dari konfigurasi elektron 1s2s. Begitu atom helium tereksitasi ke tingkat- tingkat itu ia tak dapat lagi balik ke tingkat dasar, suatu hal yang dilarang oleh aturan seleksi radiasi.


Suatu hal kebetulan bahwa beberapa tingkat energi yang dimiliki atom neon hampir sama dengan tingkat energi atom helium. Akibatnya transfer energi antara kedua jenis atom itu sangat terbolehjadi melalui tumbukan-tumbukan . Pada gambar 5 dapat dilihat bahwa atom neon yang ditumbuk oleh atom helium 1S0 akan tereksitasi ke tingkat 1P1, 3P0 , 3P1 , 3P2 dari konfigurasi elektron 2p55s. Setelah bertumbukan atom helium akan segera kembali ke tingkat energi dasar.


Oleh karena aturan seleksi memperbolehkan transisi dari tingkat-tingkat energi ini ke sepuluh tingkat energi yang dimiliki konfigurasi 2p53p, maka atom neon dapat dipicu untuk memancarkan laser.


Syarat inversi populasi dengan sendirinya sudah terpenuhi, karena pada kesetimbangan termal tingkat-tingkat di 2p53p atom Ne amat jarang populasinya.


Laser yang dihasilkan akan memiliki intensitas yang paling jelas di panjang gelombang 6328 A tadi. Sebetulnya pancaran laser He-Ne yang terkuat berada di 11523 A (infra merah dekat) yang ditimbulkan oleh transisi dari satu di antara 4 tingkat di 2p54s atom Ne, yang kebetulan berdekatan dengan tingkat energi 3S1 atom He, ke salah satu dari 10 tingkat energi di 2p53p.


Sistem laser ini berbentuk tabung gas silindris dengan panjang satu meter dan diameter 17 mm. Kedua ujung tabung ditutup oleh dua cermin pantul yang sejajar, disebut cermin Fabry - Perot, sehingga tabung gas ini sekaligus berfungsi sebagai rongga resonansi optisnya.


Dua buah elektroda dipasang di dekat ujung-ujungnya dan dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi untuk menimbulkan lucutan dalam tabung. Tekanan He dan Ne dalam tabung adalah sekitar 1 torr dan 0,1 torr, dengan kata lain atom He kira-kira 10 kali lebih banyak dibandingkan dengan atom Ne. Cacah He yang lebih banyak ini mampu mempertahankan inversi populasi secara terus menerus, sehingga laser yang dihasilkan juga bersifat kontinu, tidak terputus-putus sebagai pulsa seperti pada laser ruby. Sifat kontinu ini merupakan keunggulan laser gas dibanding laser ruby. Laser yang kontinu amat berguna untuk transmisi pembicaraan dalam komunikasi, musik atau gambar-gambar televisi.


Efisiensi laser He-Ne ini juga rendah, hanya sekitar 1 persen, keluaran lasernya hanya berorde miliwatt. Sedangkan laser CO2 dapat menghasilkan laser kontinu berdaya beberapa kilowatt dengan efisiensi lebih tinggi.

Untuk menghasilkan laser sinar-tampak berwarna-warni, beberapa produsen seperti Laser Science Inc. misalnya, mengembangkan laser cairan yang dipompanya secara optis oleh sebuah laser nitrogen. Cairan yang dipakai adalah zat warna yang dilarutkan dalam pelarut semacam metanol, dsb. Konsentrasi larutan kira-kira 0,001 Milar. Contoh larutan ini adalah LD-690 yang menghasilkan laser merah ( 6960 A ) dan Coumarin-440 yang menghasilkan laser ungu ( 4450 A ). Jenis larutan dapat diubah-ubah sesuai dengan warna yang dikehendaki.


(2) Laser semikonduktor


Laser ini juga disebut laser injeksi, karena pemompaannya dilakukan dengan injeksi arus listrik lewat sambungan PN semikonduktornya.


Jadi laser ini tidak lain adalah sebuah diode dengan bias maju biasa. Laser semikonduktor yang pertama diciptakan secara bersamaan oleh tiga kelompok pada tahun 1962. Mereka adalah R.H. Rediker dkk. (Lincoln Lab, MIT), M.I. Nathan dkk. (Yorktown Heights, IBM) dan R.N. Hall dkk. (General Electric Research Lab.). Diode- diode yang digunakan adalah galiun arsenida-flosfida GaAsP (sinar-tampak merah).


Proses laser jenis ini mirip dengan kerja LED biasa. Pancaran fotonnya disebabkan oleh bergabungnya kembali elektron dan lubang (hole) di daerah sambungan PN-nya. Bahan semikonduktor yang dipakai harus memiliki gap energi yang langsung, agar dapat melakukan radiasi foton tanpa melanggar hukum kekekalan momentum. Oleh sebab itulah laser semikonduktor tidak pernah menggunakan bahan seperti silikon maupun germanium yang gap energinya tidak langsung. Dibandingkan dengan LED, laser semikonduktor masih mempunyai dua syarat tambahan.


Yang pertama, bahannya harus diberi doping banyak sekali sehingga tingkat energi Fermi-nya melampaui tingkat energi pita konduksi di bagian N dan masuk ke bawah tingkat energi pita valensi di bagian P. Hal ini perlu agar keadaan inversi populasi di daerah sambungan PN dapat dicapai. Yang kedua, rapat arus listrik maju yang digunakan haruslah besar, begitu besar sehingga melampaui harga ambangnya. Besarnya sekitar 50 ribu ampere/cm2 agar laser yang dihasilkan bersifat kontinu.


Rapat arus ini luar biasa besar, sehingga diode laser harus ditaruh di dalam kriostat supaya suhunya tetap rendah (77 K ), jika tidak arus yang besar ini dapat merusak daerah sambungan PN dan diode berhenti menghasilkan laser.

Pada gambar 7 tampak bahwa di sebagian daerah deplesi terjadi inversi populasi jika sambungan PN diberi tegangan maju, daerah ini disebut lapisan aktif. Daerah deplesi adalah daerah di sekitar sambungan PN yang tidak memiliki pembawa muatan listrik bebas. Pada saat dilakukan injeksi arus listrik melalui sambungan, elektron-elektron di pita konduksi pada lapisan aktif dapat bergabung kembali dengan lubang-lubang di pita valensi. Untuk arus injeksi yang kecil penggabungan ini terjadi secara acak dan menghasilkan radiasi, proses ini adalah yang terjadi pada LED. Tetapi apabila arus injeksinya cukup besar, pancaran terangsang mulai terjadi di daerah lapisan aktif. Lapisan ini berfungsi pula sebagai rongga resonansi optisnya, sehingga laser akan terjadi sepanjang lapisan ini. Pelapisan seperti yang dilakukan pada cermin di sini tidak diperlukan lagi karena bahan diode sendiri sudah mengkilap (metalik), cukup bagian luarnya digosok agar dapat memantulkan sinar yang dihasilkan dalam lapisa aktif. Kelemahan sistem laser ini adalah sifatnya yang tidak monokromatik, karena transisi elektron yang terjadi bukanlah antar tingkat energi tapi antar pita energi, padahal pita energi terdiri dari banyak tingkat energi.


Sambungan yang dijelaskan di atas biasa disebut homojunction, karena yang dipisahkannya adalah tipe P dan N dari substrat yang sama, ayitu misalnya GaAs tadi. Tipe P GaAs biasanya diberi doping seng ( Zn ) dan tipe N-nya dengan doping telurium ( Te ). Sebenarnya hanya sebagian kecil elektronelektron yang diinjeksikan dari daerah N yang bergabung dengan lubang di lapisan aktif, kebanyakan dari mereka berdifusi jauh masuk ke dalam daerah P sebelum bergabung kembali dengan lubang-lubang. Efek difusi inilah yang menyebabkan besarnya rapat arus listrik yang dibutuhkan dalam proses kerja laser semikonduktor. Tetapi besarny rapat arus listrik ini dapat diturunkan dengan cara membatasi gerakan elektron yang diinjeksikan itu disuatu daerah yang sempit, agar mereka tidak berdifusi kemana-mana. Hal ini dapat dilakukan dengan cara membuat sambungan heterojunction. Heterjunction yang apling umum dipakai adalah sambungan antara GaAs dan AlGaAs.


GaAs memiliki gap energi yang lebih sempit, sehingga bila ia dijepit oleh dua daerah AlGaAs bertipe P dan N, elektron-elektron yang diinjeksikan dari daerah N dan lubang-lubang dari daerah P akan bergabung di GaAs ini, jadi GaAs berfungsi sebagai lapisan aktifnya. Lihat gambar 8.

Laser heterojunction GaAs - AlGaAs dapat bekerja secara kontinu pada suhu kamar hanya dengan rapat arus minimum sebesar 100 ampere/cm2, 500 kali lebih kecil dibandingkan rapat arus pada laser GaAs yang homojunction.


Keunggulan yang dimiliki laser semikonduktor lebih banyak dibandingkan dengan kelemahannya. Yang paling nyata adalah dimensi ukurannya, yaitu hanya sekitar 0,1 x 0,1 x 1,25 mm, sehingga amat cocok untuk peralatan yang dapat dibawa-bawa. Keunggulan lainnya adalah fleksibilitas gap energi bahan-bahan yang dipakai. Lebar gap dapat diatur sesuai dengan kebutuhan, yang berarti orang dapat memilih panjang gelombang laser yang dihasilkannya. Misalnya, substrat indium fosfida ( InP ) yang dipakai pada laser InGaAsP, laser yangdihasilkan dapat diatur berpanjang gelombang sekitar 1,3 atau 1,55 mikrometer, panjang gelombang dimana gelombang elektromagnetik paling sedikit diserap oleh bahan serat optik. Hal ini membuat laser InGaAsp menjadi pilihan yang tepat untuk komunikasi jarak jauh dengan serat optik.
Jenis laser yang memberikan harapan


Ada tiga jenis laser yang layak disebutkan disini. Sekarang ini ketiganya sedang dikembangkan karena dinilai memiliki potensi untuk memenuhi harapan manusia, yaitu laser yang kuat dan berefisiensi tinggi. Mereka adalah laser sinar-X, laser elektron bebas dan laser uap logam.

2.6 Aplikasi LASER


Terdapat berbagai jenis laser, dari orde beberapa mW (laser yang digunakan dalam sistem audio laser disk) hingga beberapa juta watt (laser yang dikembangkan untuk senjata).


a. Bidang Kedokteran


Sifat laser yang dapat menghasilkan sinar monokromatik (yang tipis) sangat berguna dalam pembedahan sebagai “pisau”. Kelebihan “pisau laser” dibandingkan dengan pisau bedah konvensional adalah bahwa sinar laser memotong sekaligus menggumpalkan darah pada saat yang bersamaan, sehingga mengurangi pendarahan.


b. Laser juga digunakan untuk memilik jaringan-jaringan yang rusak, misalkan dalam pemusnahan tumor dan kanker kulit.


Sifat atau fakta bahwa gelombang laser yang berbeda dapat diserap oleh jaringan-jaringan tertentu digunakan pada operasi (bedah) mata untuk mengatasi keadaan mata yang membesar, yang disebut glaucoma. Glaucoma disebabkan tekanan cairan (fluida) yang tinggi dalam mata, hal ini dapat mengarah pada kerusakan saraf optik, yang akhirnya menyebabkan kebutaan. Suatu operasi laser sederhana (iredectomy) dapat “membakar” untuk membuka sebuah lubang tipis dalam selaput yang tersumbat, sehingga tekanan cairan yang merusak, dapat diperkecil.


Sifat laser yang menghasilkan berkas sinar yang tipis tetapi intensitasnya cukup untuk menguapkan apa saja yang dilaluinya juga digunakan dalam pengobatan suatu retina yang lepas dari koroid. Suatu letusan radiasi laser yang singkat merusakkan permukaan kecil retina, dan bekas luka jaringan yang dihasilkan dapat “mematri” retina kembali pada koroid.

Pada bulan Juli 1995, rumah sakit mata di Jakarta telah tersedia alat yang disebut Excimer Laser. Digunakan untuk mengoreksi cacat mata miopia (rabun jauh). Penderita miopia panjang sumbu bola mata tidak seimbang dengan lengkung korneanya, sehingga sinar yang masuk ke mata menghasilkan bayangan yang tidak dapat jatuh tepat di retina. Akibatnya pandangan matapun menjadi buram jika melihat benda-benda jauh, dan harus dikoreksi dengan kaca mata atau lensa kotak.
Dengan excimer laser, bentuk kornea mata dikoreksi sehingga akhirnya bayangan bisa tepat jatuh di retina. Artinya kalau kita berkacamata tebal, maka setelah dikoreksi dengan excimer laser, kita tidak perlu lagi memakai kacamata. Keberhasilan excimer laser sekitar 96 persen. Excimer laser juga dapat digunakan untuk mengoreksi astigmatisma dan kekeruhan kornea yang jika tidak ditangani bisa membawa kebutaan.
Laser juga membantu para dokter gigi merapikan gigi pasien yang berantakan, mengobati luka penderita kencing manis (diabetes), dan bahkan juga dapat terangsang produksi sperma pria yang mandul.
c. Bidang Pelayanan
Laser dapat digunakan untuk memeriksa secara teliti dan menghitung total harga pembelian secara tepat dengan cara menempatkan label kode batang barang diatas meja penghitung yang disinari dari bawah oleh sinar laser. Untuk keperluan ini digunakan laser helium-neon yang berdaya rendah dan tidak membahayakan mata.
d. Bidang Industri
Sinar laser berkekuatan beberapa juta watt sanggup untuk memotong keping baja dengan lebih cepat dan lebih bersih daripada alat potong konvensional.
Sinar laser yang tinggi baik sekali dalam pengeboran. Kemampuan berkas sinar laser untuk menempuh jarak yang jauh tanpa menyebar membuatnya sangat berguna untuk para penyelidik, terutama dalam ketepatan pengeboran jarak jauh, misalnya sebuah pengeboran terowongan panjang yang pengeborannya dilakukan dari kedua ujungnya.
e. Bidang Astronomi
Digunakan untuk mengukur jarak bumi – bulan dengan teliti. Dengan menggunakan kelajuan cahaya (3 x 108 m/s) dan mengukur selang waktu pulsa kirim dan pulsa terima, kita dapat menentukan bahwa jarak bumi – bulan adalah 380.000 km, dengan ketelitian lebih dari 10 cm. Informasi ini sangat berguna, misalkan dalam membuat prakiraan gempa bumi yang lebih dapat diandalkan dan juga untuk mempelajari lebih banyak tentang gerakan sistem bumi – bulan. Teknik ini memerlukan pulsa laser berdaya tinggi sehingga suatu pancaran foton yang dikirim harus mampu kembali ke teleskop pengumpul di bumi dan terdeteksi (dikenal). Variasi (ragam) dari metoda ini juga digunakan untuk mengukur jarak titik-titik yang tidak dapat dicapai dari bumi.
f. Bidang Fotografi
Penggunaan laser yang sangat menarik adalah dalam menghasilkan bayangan tiga dimensi dari suatu benda, dalam proses yang disebut holografi. Menunjukkan fotografi sebuah hologram yang dibuat menggunakan sebuah film silindris.
g. Bidang Elektronika
Laser solid-state berukuran sangat kecil digunakan dalam sistem audio compact-disk dan video compact-disk. Penggunaan laser baru akan berkembang dimasa depan, seperti penyaluran sinyal dengan modulasi cahaya tampak dan penyimpan memori optik (optical memory storage) dalam komputer.
h. Bidang Komunikasi
Laser berfungsi untuk memperkuat cahaya, sehingga dapat menyalurkan suara dan sinyal gambar. Dengan serat optik, pengiriman sinar laser yang membawa sinyal komunikasi pun menjadi semakin mudah dari satu stasiun relai ke stasiun relai lainnya tanpa banyak kehilangan energi.
2.7. Keunggulan LASER
Keunggulan sekaligus sifat-sifat khusus yang dimiliki sinar laser adalah sebagai berikut :
1. Pancaran sinar begitu terarah .
Laser dipancarkan dengan penyebaran sinar yang sangat kecil (10-1 – 100 mrad).Sifat ini timbul karena penguatan yang diberikan resonator hanya pada satu arah. Faktor lain adalah emisi terstimulasi yang dihasilkan berarah sama dengan cahaya pemicu (William, 2004).
Monokromatik
Laser dipancarkan dengan lebar pita (selisih panjang gelombang) ≤ 4 nm.Sifat ini timbul karena emisi terjadi antara dua tingkat energi yang terdefinisi dengan tajam. Faktor lain adalah resonator yang hanya berfungsi frekuensi – frekuensi tertentu.
Kecerahan tinggi
Sinar laser memiliki kecerahan jauh lebih besar dibanding cahaya biasa.Hal ini karena dengan diameter sinar yang kecil, otomatis sudut penyebaran pun kecil sehingga intensitasnya lebih besar.
Sangat koheren .
Gelombang sinar laser dalam memiliki hubungan fase yang konsisten sehingga dapat saling berinterferensi.Sifat koherensi ini terbagi menjadi dua, yaitu koherensi ruang dan koherensi waktu.
2.8 Manfaat LASER
Berikut ini adalah beberapa manfaat laser dalam berbagai bidang aplikasi berdasarkan keunggulan sifat yang dimilikinya.
Aplikasi dari sifat sangat terarah :
Pekerjaan geodesi (penepatan arah)
Pengukuran jarak jauh
Pelacakan objek (misalnya pesawat terbang)
Pemandu arah (misalnya pada bom laser dan rudal antitank generasi kedua)
Laser disc / CD
Laser printer
Aplikasi dari sifat monokromatik
Pemisahan dari cahaya sekeliling (berguna untuk meningkatkan keakuratan pengukuran pada siang hari)
Spektroskopi (pengukuran berdasarkan spectrum pancaran)
Komunikasi serat optik (untuk menekan dispersi)
Aplikasi dari sifat kecerahan tinggi
Pembakaran jaringan (sebagai pisau operasi)
Pengerjaan logam (pemotongan, pemboran)
Pembuatan laser disc (CD)
Senjata laser